(57)【要約】【課題】スループットを極力落とさずに、ウエハ等の被計測物の反射率ムラによるフォーカス精度劣化を改善する。【解決手段】被計測面の位置を計測する面位置計測手段と、被計測面の反射率を計測する反射率計測手段と、前記反射率計測手段で計測した被計測面の反射率分布に基づいて、前記面位置計測手段の計測パラメータを最適化するパラメータ最適化手段とを備え、前記面位置計測手段は、最適化された前記計測パラメータを用いて被計測面の位置を計測する。【選択図】      図１
2006269669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測面の位置を計測する面位置計測手段と、
被計測面の反射率を計測する反射率計測手段と、
前記反射率計測手段で計測した被計測面の反射率分布に基づいて、前記面位置計測手段の計測パラメータを最適化するパラメータ最適化手段とを備え、
前記面位置計測手段は、最適化された前記計測パラメータを用いて被計測面の位置を計測することを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記パラメータ最適化手段は、予め決定された反射率分布と前記面位置計測手段の計測オフセットとの関係に基づいて、オフセットを決定する手段を有し、
前記面位置計測手段の計測値を前記オフセットで補正して被計測面位置を決定することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記面位置計測手段は、スリット状のパターンを被計測面上に照射する第１の照明手段と、被計測面からの反射光を受光する検出手段とを有し、
前記反射率計測手段は、前記第１の照明手段と波長、入射角度、偏光状態が同じである第２の照明手段を有することを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記反射率計測手段は、被計測面の反射光を受光して反射率分布と位相分布を計測し、前記面位置計測手段の計測オフセットの算出に、前記反射率分布と位相分布を用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項５】
前記オフセットの算出に、前記反射率計測手段の計測値に基づいた光学シミュレーションを用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項６】
前記オフセットの算出に、前記反射率計測手段の計測値と露光結果を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項７】
前記面位置計測手段は、複数の波長の光を照射して被計測面の位置を検出する手段を有し、
前記反射率計測手段は、複数の波長の光を照射する手段を有し、
前記パラメータ最適手段は、前記反射率計測手段の計測値から、前記面位置計測手段の被計測面上の計測領域の反射率ムラ、または反射光の位相ムラが最小となる波長を選択する手段を有し、
前記面位置計測手段は、前記パラメータ最適手段で決定された波長の光を使用して被計測面の位置を計測することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項８】
複数の波長を選択的に照射する手段に、波長可変液晶フィルタを用いることを特徴とする請求項７に記載の計測装置。
【請求項９】
複数の波長を選択的に照射する手段に、波長の異なる複数のＬＤまたはＬＥＤを用いることを特徴とする請求項７に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記面位置計測手段の開口数は、前記反射率計測手段の開口数と同じ、もしくは小さいことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項１１】
前記面位置計測手段と前記反射率計測手段の切り替えを、同一光路上に配置したデジタルミラーデバイスにより行うことを特徴とした請求項１に記載の計測装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の計測装置を搭載し、前記面位置計測手段の計測値に基づいて基板面を最適な露光像面位置に補正し、原版と基板とを相対的に走査して原版パターンを基板上に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１３】
基板面の位置を計測する面位置計測手段を有し、前記面位置計測手段の計測値に基づいて基板面を最適な露光像面位置に補正し、原版と基板とを相対的に走査して原版パターンを基板上に露光する露光装置であって、
前記走査方向と直交方向の少なくとも２点以上の領域に光を斜め方向から照射する照明手段と、
前記基板からの反射光を検出する検出手段と、
前記照明手段の照射領域に対応して、反射率分布の計測を行う反射率計測手段と、
前記反射率計測手段で計測した基板の反射率分布を元に、前記面位置計測手段の計測パラメータを最適化するパラメータ最適化手段とを備え、
前記面位置計測手段は、前記パラメータ最適手段で決定された計測パラメータを用いて基板の計測点の高さ方向の位置を求め、少なくとも２点以上の計測点からの情報から露光領域における平均的な高さと傾きを算出することを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
前記パラメータ最適手段は、予め決定された反射率分布と前記面位置計測手段の計測オフセットＥとの関係に基づいて、オフセットＥを決定する手段を有し、
前記面位置計測手段の計測値を前記オフセットＥで補正して基板面の位置を決定することを特徴とする請求項１３に記載の露光装置。
【請求項１５】
前記面位置計測手段は、複数の波長の光を照射して基板面の位置を計測する手段を有し、
前記反射率計測手段は、複数の波長の光を照射して基板面の反射率を計測する手段を有し、
前記パラメータ最適手段は、前記反射率計測手段の計測値から、前記面位置計測手段の基板上の計測領域の反射率ムラ、または反射光の位相ムラが最小となる波長を選択する手段を有し、
前記面位置計測手段は、前記パラメータ最適手段で決定された波長の光を用いて基板面の位置を計測することを特徴とする請求項１４に記載の露光装置。
【請求項１６】
請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の露光装置を用いて半導体デバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１７】
被計測面の位置を計測する面位置計測工程と、
被計測面の反射率を計測する反射率計測工程と、
前記反射率計測工程で計測した被計測面の反射率分布に基づいて、前記面位置計測工程での計測パラメータを最適化するパラメータ最適化工程とを備え、
前記面位置計測工程では、最適化された前記計測パラメータを用いて被計測面の位置を計測することを特徴とする計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に搭載され、最良な像性能を得るべくウエハ表面位置を計測する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィ工程で製造する際に、マスク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）のパターンの像を投影光学系を介して感光基板上に結像する投影露光装置が使用されている。
【０００３】
近年、半導体素子の高集積化による加工線幅の微細化に伴って、投影露光装置における投影レンズの高ＮＡ化、使用される光源波長の短波長化、大画面化が進んでいる。これらを達成する手段としてかつてはほぼ正方形状に近い露光領域をウエハ上に縮小して一括投影露光する方式の通称「ステッパー」と呼ばれる装置に対し、露光領域を矩形のスリット形状とし、レチクルとウエハを相対的に高速走査して大画面を精度良く露光する走査型露光装置、通称「スキャナー」が主流になりつつある。
【０００４】
スキャナーでは走査露光スリット単位でウエハの表面形状を最適露光像面位置に合わせ込むことができるためにウエハ平面度の影響も低減できる効果を有している。
【０００５】
また、スキャナーでは、走査露光スリット毎にウエハ表面を走査露光中に露光像面位置にリアルタイムで合わせ込むためには露光スリットに差し掛かる前に、事前にウエハ表面位置を光斜入射系の表面位置検出手段で計測し駆動補正を行うという技術が用いられている。
【０００６】
特に露光スリットの長手方向、つまり走査方向と直交方向には高さのみならず表面の傾きを計測すべく複数点の計測点を有している。上記走査露光におけるフォーカス・チルト計測方法に関しては特許文献１などに記載されている。
【特許文献１】特開平06-260391号公報
【特許文献２】特開平10-239015号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
最近では微細化トレンドに従い焦点深度が極めて小さくなり、露光すべきウエハ表面を最良結像面に合わせ込む精度、いわゆるフォーカス精度もますます厳しくなってきている。
【０００８】
特に、ウエハ上のパターンの影響や、レジストの厚さムラによる面位置検出系の騙されによる計測誤差が無視できない状況である。すなわち、周辺回路パターンやスクライブライン近傍においては、図のように焦点深度に比べて小さいが、フォーカス計測にとっては、大きな段差が発生してしまい、レジスト表面の傾斜角度が大きくなってしまうので、面位置検出系の反射光が反射や屈折により、正反射角度からずれたり、あるいは、ウエハパターンの粗密の違いにより、パターンが密な領域と粗な領域とでは、反射率に差が生じてしまう。このように、ウエハパターンにより、反射角や反射強度が変化するため、その反射光を受光した検出波形には、非対称性が発生して、検出誤差を生じて、正確に面位置検出ができない場合が発生することになる。
【０００９】
このような状態でウエハ面位置計測を行うと、露光の途中で面位置計測ができず露光がストップしたり、大きなデフォーカスを生じさせ、その結果として、チップ不良を発生させてしまうという問題があった。
【００１０】
なお、このようなウエハの反射率ムラに対する対策が、特許文献２に記載されている。ここで、図１８を用いて、反射率ムラに対する対処方法について説明する。
【００１１】
図１８（Ａ）は、ウエハの反射率ムラの影響で正弦波状の信号が歪んだ例を示し、横軸は受光センサー上での位置、縦軸は光強度である。これに対し、図１８（Ｂ）は、均一強度の照明光を、ウエハ上の同一位置に照射した反射光を受光したもので、ウエハの反射率分布の計測値である。図１８（Ａ）の信号波形を、図１８（Ｂ）の計測結果で割ることにより、図１８（Ｃ）で示す補正後の信号を得ている。すなわち、補正前の信号の各画素の強度を、jを画素番号としてＩ１（ｊ）とし、反射率分布計測値の各画素の強度をＩ２（ｊ）とした場合に、補正後の各画素の強度Ｉ３（ｊ）とＩ１（ｊ）／Ｉ２（ｊ）の計算を全ての画素に関して行うようにしている。この方式を用いると、ウエハの反射率ムラによる計測誤差を幾分補正できるという効果があるものの、以下において課題が残る。すなわち、計測点毎に各画素間での演算を実施していると計算時間が増え、スループットの低下を招く、特に、スキャナーの場合は、走査中にショット内の複数点のウエハ面形状を計測する必要があり、演算結果を待って制御することになり、ウエハ・レチクルステージの設定速度を下げる必要が生じ、半導体の生産速度を低下させてしまうという課題が残る。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、スループットを極力落とさずに、ウエハ等の被計測物の反射率ムラによるフォーカス精度劣化を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第１の態様の計測装置及び計測方法は、被計測面の位置を計測する面位置計測手段又は工程と、被計測面の反射率を計測する反射率計測手段又は工程と、前記反射率計測手段又は工程で計測した被計測面の反射率分布に基づいて、前記面位置計測手段又は工程での計測パラメータを最適化するパラメータ最適化手段又は工程とを備え、前記面位置計測手段又は工程では、最適化された前記計測パラメータを用いて被計測面の位置を計測する。
【００１４】
また、上記態様において、前記パラメータ最適化手段又は工程は、予め決定された反射率分布と前記面位置計測手段又は工程での計測オフセットＥとの関係に基づいて、オフセットＥを決定し、前記面位置計測手段又は工程での計測値を前記オフセットＥで補正して被計測面位置を決定する。
【００１５】
また、上記態様において、前記面位置計測手段又は工程では、スリット状のパターンを被計測面上に照射する第１の照明手段又は工程と、被計測面からの反射光を受光する検出手段又は工程とを有し、前記反射率計測手段又は工程では、前記第１の照明手段又は工程での照明光と波長、入射角度、偏光状態が同じ照明光を照射する第２の照明手段又は工程を有する。
【００１６】
また、上記態様において、前記反射率計測手段又は工程は、被計測面の反射光を受光して反射率分布と位相分布を計測し、前記面位置計測手段又は工程での計測オフセットＥの算出に、前記反射率分布と位相分布を用いる。
【００１７】
また、上記態様において、前記オフセットＥの算出に、前記反射率計測手段又は工程での計測値に基づいた光学シミュレーションを用いる。
【００１８】
また、上記態様において、前記オフセットＥの算出に、前記反射率計測手段又は工程での計測値と露光結果を用いる。
【００１９】
また、上記態様において、前記面位置計測手段又は工程は、複数の波長の光を照射して被計測面の位置を検出し、前記反射率計測手段又は工程は、複数の波長の光を照射し、前記パラメータ最適手段又は工程は、前記反射率計測手段又は工程での計測値から、前記面位置計測手段の被計測面上の計測領域の反射率ムラ、または反射光の位相ムラが最小となる波長を選択し、前記面位置計測手段又は工程では、前記パラメータ最適手段で決定された波長の光を使用して被計測面の位置を計測する。
【００２０】
また、上記態様において、複数の波長の選択的に照射に、波長可変液晶フィルタを用いる。
【００２１】
また、上記態様において、複数の波長の選択的に照射に、波長の異なる複数のＬＤまたはＬＥＤを用いる。
【００２２】
また、上記態様において、前記面位置計測に用いる光学系の開口数（ＮＡ）は、前記反射率計測に用いる光学系の開口数と同じ、もしくは小さい。
【００２３】
また、上記態様において、前記面位置計測と前記反射率計測の切り替えを、同一光路上に配置したデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）により行う。
【００２４】
また、本発明の第２の態様の露光装置は、上記いずれかの計測装置を搭載し、前記面位置計測手段の計測値に基づいて基板面を最適な露光像面位置に補正し、原版と基板とを相対的に走査して原版パターンを基板上に露光する。
【００２５】
また、本発明の第３の態様の露光装置は、基板面の位置を計測する面位置計測手段を有し、前記面位置計測手段の計測値に基づいて基板面を最適な露光像面位置に補正し、原版と基板とを相対的に走査して原版パターンを基板上に露光する露光装置であって、前記走査方向と直交方向の少なくとも２点以上の領域に光を斜め方向から照射する照明手段と、前記基板からの反射光を検出する検出手段と、前記照明手段の照射領域に対応して、反射率分布の計測を行う反射率計測手段と、前記反射率計測手段で計測した基板の反射率分布を元に、前記面位置計測手段の計測パラメータを最適化するパラメータ最適化手段とを備え、前記面位置計測手段は、前記パラメータ最適手段で決定された計測パラメータを用いて基板の計測点の高さ方向の位置を求め、少なくとも２点以上の計測点からの情報から露光領域における平均的な高さと傾きを算出する。
【００２６】
また、上記態様において、前記パラメータ最適手段は、予め決定された反射率分布と前記面位置計測手段の計測オフセットＥとの関係に基づいて、オフセットＥを決定する手段を有し、前記面位置計測手段の計測値を前記オフセットＥで補正して基板面の位置を決定する。
【００２７】
また、上記態様において、前記面位置計測手段は、複数の波長の光を照射して基板面の位置を計測する手段を有し、前記反射率計測手段は、複数の波長の光を照射して基板面の反射率を計測する手段を有し、前記パラメータ最適手段は、前記反射率計測手段の計測値から、前記面位置計測手段の基板上の計測領域の反射率ムラ、または反射光の位相ムラが最小となる波長を選択する手段を有し、前記面位置計測手段は、前記パラメータ最適手段で決定された波長の光を用いて基板面の位置を計測する。
【００２８】
また、本発明の第４の態様のデバイス製造方法は、上記いずれかの露光装置を用いて半導体デバイスを製造する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、ウエハ等の被計測物の反射率ムラに影響されない高精度な面位置計測を実現できる。
【００３０】
また、本発明の露光装置によれば、縮小される焦点深度に対し、高いフォーカス補正精度を高スループットで達成でき、一枚の基板あたりの歩留まり向上が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００３２】
なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００３３】
図３は、本発明に係る一実施形態の露光装置の構成を示す図である。
【００３４】
本実施形態の露光装置は、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル１に形成された回路パターンをウエハ３に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィ工程に好適である。露光装置は、図３に示すように、照明装置７００と、レチクル１を載置するレチクルステージＲＳと、投影光学系２と、ウエハ３を載置するウエハステージＷＳと、フォーカス・チルト計測系３３と、その演算処理部４００と、ウエハ反射率分布計測系３９と、その演算処理部４０２とを有する。
【００３５】
制御部１１００は、ＣＰＵやメモリを有し、照明装置８００、レチクルステージＲＳ、ウエハステージＷＳ、フォーカス・チルト計測系３３と電気的に接続され、露光装置の動作を制御する。制御部１１００は、本実施形態では、後述するフォーカス・チルト計測系３３がウエハ３の表面位置を検出する際の計測値の補正演算及び制御も行う。
【００３６】
照明装置７００は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル１を照明し、光源部８００と、照明光学系８０１とを有する。
【００３７】
光源部８００は、例えば、レーザーを使用する。レーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができるが、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザーや波長２０ｎｍ以下のＥＵＶ(Extreme Ultra Violet)光を使用してもよい。
【００３８】
照明光学系８０１は、光源部８００から射出した光束を用いて被照明面を照明する光学系であり、本実施形態では、光束を露光に最適な所定の形状の露光スリットに成形し、レチクル１を照明する。照明光学系８０１は、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含み、例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で配置する。また、照明光学系８０１は、軸上光、軸外光を問わずに使用することができる。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーターを含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。
【００３９】
レチクル１は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターンが形成され、レチクルステージＲＳに支持及び駆動されている。レチクル１から発せられた回折光は、投影光学系２を通り、ウエハ３上に投影される。レチクル１とウエハ３とは、光学的に共役の関係に配置される。レチクル１とウエハ３を縮小倍率比の速度比で走査することによりレチクル１のパターンをウエハ３上に転写する。なお、露光装置には、光斜入射系のレチクル計測系３６が設けられており、レチクル１は、レチクル計測系３６によって位置が検出され、所定の位置に配置される。
【００４０】
レチクルステージＲＳは、図示しないレチクルチャックを介してレチクル１を支持し、図示しない移動機構に接続されている。移動機構は、リニアモーターなどで構成され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にレチクルステージＲＳを駆動することでレチクル１を移動させることができる。
【００４１】
投影光学系２は、物体面からの光束を像面に結像する機能を有し、本実施形態では、レチクル１に形成されたパターンを経た回折光をウエハ３上に結像する。投影光学系２は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。
【００４２】
ウエハ３は、被処理体であり、フォトレジストが基板上に塗布されている。なお、本実施形態では、ウエハ３は、フォーカス・チルト計測系３３により位置が検出される被計測体でもある。ウエハ３は、別の実施形態では、液晶基板やその他の被処理体に置換される。
【００４３】
ウエハステージＷＳは、図示しないウエハチャックによってウエハ３を支持する。ウエハステージＷＳは、レチクルステージＲＳと同様に、リニアモーターを利用して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にウエハ３を移動させる。また、レチクルステージＲＳの位置とウエハステージＷＳの位置は、例えば、レーザー干渉計１０１などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ウエハステージＷＳは、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、レチクルステージＲＳ及び投影光学系２は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパを介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。
【００４４】
フォーカス・チルト計測系３３は、本実施形態では、光学的な計測システムを用いて、露光中のウエハ３の表面位置（Ｚ軸方向）の位置情報を検出する。フォーカス・チルト計測系３３は、ウエハ３上の複数の計測すべき計測点に光束を入射し、各々の光束を個別のセンサに導き、異なる位置の位置情報（計測結果）から露光する面のチルトを検出する。
【００４５】
フォーカス・チルト計測系３３は、図２に示すように、ウエハ３の表面に対して高入射角度（角度θ）で光束を入射させる照明部３１と、ウエハ３の表面で反射した反射光の像ずれを検出する検出部３２と、演算部４００とを有する。照明部３１は、光源Ｓ１と、パターン板１５と、結像レンズ１６と、ミラー１７とを有する。検出部３２は、ミラー１８と、レンズ１９と、受光器Ｄ１とを有する。なお、図２では、照明部３１において、パターン板１５を均一な照度分布で照明するために必要なレンズ類や、受光器Ｄ１において、色収差を補正するレンズ類は図示を省略している。
【００４６】
図２を参照するに、ＬＥＤやハロゲンランプ等の光源Ｓ１から射出された波長λ１の光はスリット等のパターンが形成されたパターン板１５を照明する。パターン板１５を経た光は、結像レンズ１６及びミラー１７を介してウエハ３上に投影結像する。照明光学系のコヒーレンス（σ）は１としている。
【００４７】
更に、ウエハ３で反射した光は、ミラー１８及びレンズ１９を介して、ＣＣＤやラインセンサ等の受光素子で構成する受光器Ｄ１で受光される。したがって、パターン板１５のウエハ３面上へのパターン像は、レンズ１９により受光器Ｄ１の受光素子に再結像する構成となっている。
【００４８】
ウエハステージＷＳを介してウエハ３が上下方向（即ち、Ｚ軸方向）に移動すると、パターン板１５のパターン像は、受光器Ｄ１上で左右方向（即ち、Ｘ軸方向）に移動する。従って、フォーカス・チルト計測系３３は、かかるパターン像の位置を演算部４００で算出することにより、ウエハ３の表面位置を計測点毎に検出している。
【００４９】
パターン板１５は、図４に示すように、遮光部に矩形の透過スリットパターンＭ１，Ｍ２，Ｍ３が形成されており、その透過スリットパターンがウエハに投影され、さらにウエハで反射した光が、レンズ１９により受光器Ｄ１の受光素子に再結像するようにしている。
【００５０】
続いて、受光器Ｄ１で検出される信号波形について説明する。
【００５１】
受光器Ｄ１で検出される信号波形は図５のようになる。図４の透過スリットＭ１，Ｍ２，Ｍ３に対応する受光器Ｄ１上の強度分布はそれぞれ、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のようになる。検出部３１のＮＡ（開口数）が小さいため、矩形パターンは完全には解像せず、ガウスビームのような形状をしている。
【００５２】
受光素子として２次元センサを用いる場合には、透過スリットパターンの配列方向と垂直な方向に光量を積分（又は平均化）して信号波形を得る。また、受光素子として１次元ラインセンサを用いる場合には、透過スリットパターンの配列方向と垂直な方向にパワーを有するシリンドリカルレンズを用いて光学的に積分して信号波形を得る方が、信号波形のＳ／Ｎ（信号雑音比）を向上させるため有利である。
【００５３】
ウエハ表面位置のＺ方向の変位ｚに対する受光器Ｄ１上での各スポットの変位量ｘは、検出部３２の光学倍率をＭ、ウエハ３への入射角度をθとした時、ｘ＝（２Ｍｓｉｎθ）＊ｚとなるので、表面位置の変位ｚは以下の簡単な式により計算される。
ｚ＝ｘ／（２Ｍｓｉｎθ）・・・（１）
ここで、入射角度θとしては、７０°から８５°、光学倍率Ｍとしては５倍から１００倍程度が好ましい。例えば、入射角度を８０度、光学倍率を３０倍とした時、ウエハ表面位置の変位ｚは、受光部上では５９倍に拡大されることになる。また、受光器Ｄ１の画素ピッチを８μｍとした場合、図５のような信号スポット（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）の重心位置を検出する場合、１／２０画素の分解能で検出することができるとすれば、この場合のウエハ面位置分解能は、８／２０／５９［μｍ］より、約７ｎｍ程度となり、フォーカス計測の分解能としては十分である。
【００５４】
更に、分解能が必要な場合には、前述の式に基づき、入射角度θや、光学倍率Ｍおよび、受光器Ｄ１の画素ピッチを設計すれば良い。また、スリットの本数を増やして平均化効果により精度を向上させても良い。
【００５５】
各信号スポットＳ１，Ｓ２，Ｓ３の重心位置を演算し、（１）式により、各スリット位置におけるウエハ３の表面位置Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３を計算し、その平均値Ｚｍをウエハの表面計測値とする。
【００５６】
続いて、本実施形態におけるウエハ表面上のフォーカス計測点について説明する。図２に本実施形態のフォーカス計測点の配置を示す。
【００５７】
本実施形態では、同図に示すとおり、１ショットの露光領域に対して、スキャン方向に、７ポイント、スキャン方向と垂直方向（スリット長手方向）に３ポイントの合計２１ポイントの計測ポイントを有している。図１に示すフォーカス・チルト計測系３３を、スリット長手方向（Ｘ）に３個並べて配置して、スリット長手方向の３ポイントの計測を行い、スキャン方向（Ｙ）には、ウエハステージをＹ方向にスキャンして、７ポイントの計測を行うようにしている。
【００５８】
次に、図３におけるウエハ反射率分布計測系３９について詳細に説明する。
【００５９】
ウエハ反射率分布計測系３９は、フォーカス・チルト計測系３３の計測点におけるウエハ３の反射率の分布を計測するために用いられる。ウエハ反射率分布計測系３９は、図６に示すように、ウエハ３の表面に対して、フォーカス・チルト計測系３３と同じ入射角度θで平行光束を入射させる照明部３７と、ウエハ３の表面で反射した反射光の強度分布を検出する検出部３８と、演算部４０２とを有する。照明部３７は、光源Ｓ２（光源は、フォーカス計測系と同じものを使用し、中心波長、波長幅、偏光状態を光源Ｓ１に揃えている）と、コリメータレンズ２６と、ハーフミラー４０とを有する。検出部３８は、ハーフミラー４１と、レンズ２９と、受光器Ｄ２とを有する。なお、図６では、色収差を補正するレンズ類は図示を省略している。
【００６０】
図６を参照するに、ＬＥＤやハロゲンランプ等の光源Ｓ２から射出された波長λ１の光はコリメータレンズにより平行光にされ、ウエハ３上を照明する。更に、ウエハ３で反射した光は、レンズ２９を介して、ＣＣＤ素子の受光素子で構成する受光器Ｄ２で受光される。ここで、ウエハ面と受光器Ｄ２はレンズ２９に関して共役な関係を成しており、ウエハ表面が受光器Ｄ２に結像される構成となっている。更に、レンズ２９は、フォーカス・チルト計測系３３で使用している結像レンズ１９に比べて大きな開口数（ＮＡ）になるようにしている。結像レンズ１９の開口数をＮＡ１とするとレンズ２９の開口数ＮＡ２は、ＮＡ２＞５＊ＮＡ１を満たすように設計されている。この理由は、解像度は波長をλとした時λ／ＮＡに比例するため、フォーカス計測系のＮＡに比べて反射率分布計測系のＮＡを大きくすることにより、フォーカス・チルト計測系３３の照明スリット内における反射率分布を、フォーカス・チルト計測系３３の５倍以上の分解能で計測が出来るようにしているためである。
【００６１】
図７は、ウエハ反射率分布計測系３９で計測したウエハの反射率分布の一例を示すものである。受光器Ｄ２では、５０のような強度分布が計測される。
【００６２】
同図において、スリット像Ｓ１’，Ｓ２’，Ｓ３’はぞれぞれ、パターン板１５のスリットマークＭ１，Ｍ２，Ｍ３のウエハ上での照射位置を示すものである。ウエハ反射率分布計測系３９の受光器Ｄ２のどの位置にスリット像が位置するかは、前もって、光源Ｓ１を発光させることにより決定される。図７において、スリット像Ｓ１’，Ｓ２’の照射位置は反射率ムラが無く、信号が歪まないので、計測誤差を生じない。一方、Ｓ３’のスリットは、反射率の異なる位置に照射されるので、計測誤差を生じる。照明スリットがＳ３’のように反射率の異なる領域を含み位置に照射された場合、図８に示すように、反射率が一定の領域に照射されて反射した光の信号は対象な波形となり、反射率の異なる領域で反射した光の信号は非対称な波形となる。検出信号は、この対称部、非対称部が積算された信号となるので、トータルとして計測方向に若干歪みの生じた波形となり。その結果計測誤差を生じることになる。
【００６３】
続いて、このウエハ反射率ムラと計測誤差と関係について説明する。図８は、スリットＳ３’が反射率Ｒ１と反射率Ｒ２の境界に照射された時の模式図を示す。ウエハ上の反射率Ｒ１，Ｒ２に任意の値を入力し、スリットＳ３’を照射して反射した光を用いて、光学シミュレーションを実施して、そのシミュレーション像を元に、反射率ムラがない場合のシミュレーション像に対するオフセットＥを見積もる。ここで、ウエハの反射率のコントラストＣとして、
Ｃ＝（Ｒ１−Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）・・・（２）
の計算を行うと、図９のようにコントラストＣとオフセットＥの間には、比例関係があることが検討の結果、判明した。
【００６４】
この結果を受け、反射率分布計測系３９の計測結果を元に、それぞれのスリットにおける反射率コントラストＣを計算して、次式により、オフセット量Ｅが計算できる。ここで、Ａは図９の傾き成分を示す。
Ｅ＝Ａ＊ｃ・・・（３）
更に、図８に示すように、スリットＳ３’の中心とウエハ反射率差のある境界（図ではＹ’軸）にシフトＸＳがある場合、先に示した反射率コントラストＣに対するオフセットＥの直線の傾きは、少し変化する。
【００６５】
図１０は、シフトＸＳを±２００μｍシフトした場合のオフセットＥの計算値をプロットしたものを示し、傾きが変化する様子を示している。
【００６６】
つまり、次式のように反射率コントラストＣとオフセットＥの関係式の傾きをシフトＸＳの関数とすることで、より高精度な補正が可能となる。
Ｅ＝Ａ（ＸＳ）＊ｃ・・・（４）
ここで、傾きの関数Ａ（ＸＳ）は、２次の関数すなわち、次式のような関数で、（ａ，ｂ，ｃ）のパラメータを、想定されるウエハの反射率Ｒ１，Ｒ２およびシフトＸＳを与えて光学シミュレーションにより決定しておけば良い。
Ａ（ＸＳ）＝ａＸＳ2＋ｂＸＳ＋ｃ・・・（５）
反射率分布計測系３９で計測した反射率分布から、（２）式に導入して反射率コントラストＣを計算し、シフトＸＳを求めた後に、予め係数の決定された（４）式、（５）式にこの（Ｃ，ＸＳ）を代入することにより、瞬時にオフセット量Ｅが計算される。
【００６７】
本実施形態では、関数式で補正を行う例を示したが、反射率Ｒ１，Ｒ２から求めたコントラストＣおよびＸＳに対する補正テーブルを予め装置に入力する方法で良い。更には、光学シミュレーションにより、ウエハ反射率分布とオフセットの関係を算出する方法の他に、ロットの先頭のウエハで、ウエハ反射率分布計測系３９でウエハの反射率分布を計測し、補正無しの面位置検出系３３を用いてウエハのＺ・チルトの制御を行った後に露光動作を行い、フォーカス精度の検査を行うことにより、反射率分布とオフセット量Ｅの関係を求めるようにしても良い。この場合、先行ウエハで求めた反射率分布→オフセット量の変換式または変換テーブルを露光装置に登録をして、次のウエハからは、反射率分布計測値から、その変換式（または変換テーブル）に基づいて、面位置計測結果をオフセットＥで補正することにより、正確にウエハ表面位置の計測を行うことが出来る。
【００６８】
最後に図１を用いて、再度、本発明のポイントを整理しておく。Step1で予め、露光装置のフォーカス・チルト計測系３３のウエハ上への照射パターンに応じて、ウエハの反射率Ｒ１，Ｒ２のコントラストＣとオフセット量Ｅの関係式を光学シミュレーションあるいは露光結果との照合により求めて、露光装置に登録しておく。続いて、露光装置にウエハを搭載し、Step2でウエハ反射率分布計測系３９を用いて、ウエハの反射率分布を計測し、反射率コントラストＣと反射率境界からのシフトＸＳを求める。続いて、Step3でフォーカス・チルト計測系３３を用いてウエハの面位置Ｚｍの計測を行う。Step4で、反射率コントラストＣとシフトＸＳからオフセット量Ｅの算出を行う。Step5でオフセット量Ｅを用いて面位置の計測値を補正した後に、Step6でウエハのＺ、チルトの補正を行うようにしている。
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。
【００６９】
図１２は、本実施形態で使用するフォーカス・チルト計測系とウエハ反射率分布計測系を示す図である。その他の構成および機能は第１の実施形態と同じなので、詳細な説明は省略する。本実施形態では、第１の実施形態と異なり、フォーカス・チルト計測系とウエハ反射率分布計測系とを一体化させた構成となっている。図１２（Ａ）において、Ｓ３は光源であり、波長４００−７００ｎｍの波長幅を持ったブロードバンド光源であり、ハロゲンランプや複数の波長のＬＥＤを合成して構成したものが用いられる。６３は波長選択素子であり、液晶フィルタなどが用いられる。波長選択素子を透過した光は、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）６４で反射し、レンズ６５、６５を介し、ＤＭＤ６４で反射した光は、ウエハ３上に照射される。ウエハ３の反射光は、レンズ６７、６８を介し、ＣＣＤからなる受光器Ｄ３で受光される。ＤＭＤ６４は、レンズ６５、６６に関して、ウエハ３と共役な関係、また、受光器Ｄ３は、ウエハ３とレンズ６７、６８に関して共役な関係を成しており、ＤＭＤ６４とウエハ３と受光器Ｄ３はシャインプルーフの関係を満足している。
【００７０】
ＤＭＤ６４は、ＣＭＯＳ基板上に、１６μｍ2程度のミラーがアレイ状に配置されており、ＣＭＯＳのメモリのＯＮ・ＯＦＦで角度が±１２度変化するデバイスである。メモリがＯＮの場合に、照明光学系の光軸の中心を通るように配置している。照明系のＮＡ（開口数）は角度にして１０度以下としているため、ＤＭＤ６４でメモリがＯＦＦとなっている領域で反射した光は、照明光学系のＮＡより外を通ることになり、照明光学系の不図示の絞りにより遮断され、ウエハ上に到達しない構成としている。
【００７１】
本実施形態では、反射率分布計測時には、図１２（Ｂ）のように、ＤＭＤ６４の全てのメモリセルをＯＮとして、ウエハ上を均一に照明するようにしている。一方、フォーカス・チルト計測時には、図１２（Ｃ）のように、ウエハ３上に照射スリットが発生するように、ＤＭＤ６４を制御するようにしている。ＤＭＤ６４の切り替え速度は、０.２ｍｓｅｃ以下と高速なため、露光装置のスキャン中にも、フォーカス計測・反射率分布計測の切り替えが可能である。
【００７２】
さて、本実施形態のもう一つのポイントである波長選択素子６３について詳細に説明する。波長選択素子は、入射する波長幅の広い光源からの光のうち、所定波長のスペクトルのみを透過する素子である。図１３は、この素子の透過スペクトルの一例を示すものであり、約２０ｎｍの半値全幅のスペクトルを透過することになる。
【００７３】
続いて、この波長選択素子を用いた本実施形態の補正方法について説明する。
【００７４】
まず、ウエハ３のショットレイアウトにおいて、１つまたは複数のショットを選択し（サンプルショットと呼ぶ）、そのサンプルショットのウエハの反射率分布をウエハ反射率分布計測系で計測する。この時の波長選択素子の透過波長を切り替えながら、反射率分布の計測を行う。複数のサンプルショットを選択した場合は、ショット内の計測ポイント毎に計測値の平均値を求めるようにする。続いて、この反射率分布の計測値を用いて、反射率のコントラストの計算を（２）式に基づいて行う。なお、反射率コントラストＣｓｉｊ（λ）は、全ての光の波長及び全ての計測点について算出する。ここで、添え字のｓはサンプルショット番号で、ｉはスリット長手方向のショット内計測位置番号で、ｊはスキャン方向のショット内計測位置番号で、λは照明する光の波長である。なお、図１１にショット内の計測ポイントを示す。本実施形態では、図１１に示すように、１ショットの露光領域５１に対して、スキャン方向に７点、スキャン方向と垂直な方向（スリット長手方向）に３点の合計２１点の計測点を有している。フォーカス・チルト計測系３３をスリット長手方向（Ｘ軸方向）に３つ配置してスリット長手方向の３点の計測点の計測を行い、ウエハステージＷＳをＹ軸方向にスキャンしてスキャン方向（Ｙ軸方向）の７点の計測点の計測を行えるように構成する。また、ウエハ３上に複数のショットを露光するため、ショット毎にウエハステージＷＳをステップ又はスキャンして、図１１に示した２１点の計測点について計測を行う。スリット長手方向の計測点は、スリット長手方向のウエハ３のチルト量ωｙを求めることが最低限必要であるため、２点以上の計測点が必要となる。更に、スリット内でスキャン方向のウエハ３のチルト量ωｘの計測が必要な場合には、露光スリット５０内でスキャン方向に異なる位置の計測点と、その位置に対応するフォーカス・チルト計測系３３を設ける必要がある
次に、信号コントラストＣｓｉｊ（λ）を基に、全てのサンプルショットの反射率コントラストの平均を求めて、ショット内の計測位置（ｉ、ｊ）における反射率コントラストが最小となる波長λをショット内での各計測位置（ｉ、ｊ）の最適波長λｏｐｔ（ｉ、ｊ）とする。先の実施形態の図１０で示したように、反射率コントラストＣが小さいほどオフセットＥ（計測誤差）は小さくなるので、信号波形の歪みの影響が低減されて計測精度が良いと言える。したがって、反射率のコントラストが最小となる波長を選択すれば良い。ここで、反射率の代わりにフォーカス・チルト計測系３３の計測領域の反射光の位相ムラが最小となる波長を選択することでも同等の効果が得られる。なお、反射光の位相の計測方法については、後の実施形態で詳しく説明を行う。
【００７５】
最適波長λｏｐｔ（ｉ、ｊ）を選択した後は、ＤＭＤ６４をフォーカス検出用に切り替えて、最適波長λｏｐｔ（ｉ、ｊ）で照明し、その信号波形から、スリットパターンの像の位置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を計測し、ウエハ３の表面位置を（１）式に基づいて算出し、その平均値Ｚｍを求めるようにしている。
【００７６】
最後に、本実施形態の露光シーケンスについて詳細に説明する。図１４は、露光装置を用いた露光方法を説明するためのフローチャートである。図１４を参照するに、まず、露光装置にウエハ３を搬入し（ステップＳ１００２）、フォーカス・チルト計測系が計測点を照明する光の波長の最適化を行うかどうかを判断する（ステップＳ１００３）。なお、波長の最適化を行うかどうかは、予め露光装置に登録しておく。
【００７７】
波長の最適化が必要な場合には、サンプルショットで、フォーカス・チルト計測系が用いることができる光の波長の全てに対して、反射率計測系でウエハの反射率分布の計測を行い（ステップＳ１００４）、かかる表面反射率情報を格納する（ステップＳ１００５）。そして、計測していないサンプルショット（未計測サンプルショット）があるかどうかを判断し（ステップＳ１００６）、未計測サンプルショットがある場合には、かかる未計測ショットの反射率分布の計測及び反射率分布情報の格納を、未計測サンプルショットが無くなるまで繰り返す。
【００７８】
サンプルショットの反射率分布の計測及び反射率分布情報の格納が終了すると（即ち、未測定サンプルショットが無くなると）、ステップＳ１００７で格納した各サンプルショットの反射率情報を基に、ショット内の計測点毎に最適波長λｏｐｔ（ｉ、ｊ）を算出する（ステップＳ１０１０）。
【００７９】
一方、波長の最適化が不要の場合には、フォーカス・チルト計測系が計測点を照明する光の最適な波長が算出されているかどうかを判断する（ステップＳ１００８）。ここでは、例えば、先行ウエハによって最適波長λｏｐｔ（ｉ、ｊ）が算出されているかどうかで判断する。最適波長λｏｐｔ（ｉ、ｊ）が算出されている場合には、ステップＳ１０１０に進む。最適波長λｏｐｔ（ｉ、ｊ）が算出されていない場合には、全ての計測点に対して同一のデフォルト波長を選択し（ステップＳ１００９）、ステップＳ１０１０に進む。
【００８０】
ステップＳ１０１０では、フォーカス・チルト計測系が計測点を照明する光の波長を最適波長λｏｐｔ（ｉ、ｊ）又はデフォルト波長に設定する。その後、ウエハステージＷＳを駆動して露光ショットを露光位置にセットし（ステップＳ１０１１）、露光ショットに対して、最適波長λｏｐｔ（ｉ、ｊ）又はデフォルト波長の光を用いてフォーカス・チルト出系による表面位置の計測を行う（ステップＳ１０１２）。
【００８１】
次いで、ステップＳ１０１２で計測した表面位置を基に、ウエハ３を駆動してフォーカス及びチルトの補正を行い（ステップＳ１０１３）、レチクル１上のパターンをウエハ３に露光する（ステップＳ１０１４）。そして、露光すべきショット（即ち、未露光ショット）がないかどうかを判断し（ステップＳ１０１５）、未露光ショットがなくなるまでステップＳ１０１１以下を繰り返す。全ての露光ショットの露光が終了したら、ウエハ３を回収し（ステップＳ１０１６）、終了する。なお、ここで示したシーケンスの各ステップにおいて、並列処理できるステップについてはスループットの事を考慮して、並列処理することが好ましい。
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態とはウエハ反射率分布計測系が異なる実施形態の例を示す。第１の実施形態では、ウエハの反射率（強度）の分布を計測するのに対し、本実施形態では、強度（振幅）に加えて位相情報の分布を計測する目的で、干渉方式でウエハ反射率分布計測系を構成したことに特徴がある。
【００８２】
図１５は、フォーカス・チルト計測系３３（構成は第１の実施形態と同じなので、説明は省略する。）の光軸と本実施形態で使用するウエハ反射率分布計測系８０の光軸の関係を示している。フォーカス・チルト計測系３３は、照射スリット像７２がＸＹ軸から傾くように、ＸＹ軸から傾けて照明、検出するようにしており、ウエハ反射率分布計測系８０は、Ｘ軸上の光軸が配置されている。
【００８３】
図１６に示すように、ウエハ反射率分布計測系８０は可干渉光源７３から出射した光は、ハーフミラー７４で２分され、透過光はウエハ３に入射し、ハーフミラー７４の反射光は参照ミラー７５に入射する。光源Ｓ３は、フォーカス・チルト計測系３３の光源Ｓ１の中心波長と一致する波長を使用する。ウエハ３および参照ミラー７５でそれぞれ反射した光は、ハーフミラー７６で合成され、その合成光がＣＣＤカメラ７７で受光され、干渉縞が得られる。なお、図１６において、光束を平行光に調整するコリメータレンズや、結像レンズ類は省略している。
【００８４】
次に、ウエハ反射率分布計測系８０を用いたウエハ反射率分布の計測方法を説明する。干渉計で得られる干渉縞を解析する（振幅、位相分布の算出）方法には、公知の技術として、フリンジスキャン法（縞走査法）とフーリエ変換法がある。ここでは、フリンジスキャン法を例に、振幅・位相の計算方法を示す。フリンジスキャン法では、参照面または被検面を光軸方向に少し移動させて，両者の間隔を変化させて、干渉縞を変化させる（走査とも呼ぶ）。
【００８５】
干渉縞がちょうど１周期分（２π）走査される範囲を、干渉縞がπ／２走査されるピッチで参照ミラー７５を不図示のアクチェータでＺ方向に変化させ、その間に干渉縞がπ／２走査される毎に４回画像を取り込んで（４ステップ法と呼ぶ）、位相を計算する。計測点における各計測回の強度を、I１，I２，I３，Ｉ４とすると，初期位相（φ）は、
φ＝ｔａｎ-1｛（Ｉ４−Ｉ２）／（Ｉ１−Ｉ３）｝・・・（６）
から求めることができる。
【００８６】
また、反射強度Ｉは、
Ｉ＝（Ｉ１＋Ｉ３）／２・・・（７）
である。
【００８７】
このようにして、フォーカス・チルト計測系３３の照射スリット７２における位相分布、強度分布の算出を行う。
【００８８】
本実施形態では、計測された反射率分布（強度、位相）を元に、その都度光学シミュレーションにより、フォーカス・チルト計測系３３で検出される光学像を計算して、オフセット量Ｅを算出し、フォーカス・チルト計測系３３の計測値Ｚｍを補正する構成としている。
【００８９】
また、本実施形態における露光装置の構成は、図１７に示すように、ツインステージと呼ばれる構成であり、露光ステーションと計測ステーションに分離されており、計測ステーションにフォーカス・チルト計測系３３およびウエハ反射率分布計測系８０が配置されている。ウエハは、まず、計測ステーションにロードされ、計測ステーションにおいて、ウエハ３の表面形状の計測、反射率分布の計測、光学シミュレーションの計算に基づくオフセット量Ｅの計算がされ、露光ステーションにウエハ３およびウエハチャック８４が送られる間に、オフセット量Ｅが補正されて、正確なウエハ３の表面形状の計測値が得られている。ウエハチャックと一体化した基準マーク台８０，８１，８２（不図示）も、フォーカス・チルト計測系３３で計測され、基準マーク台が形成する平面からの差分として、ウエハ表面形状のデータが露光装置に格納される。なお、計測ステーションにおいては、不図示のアライメントスコープによりウエハの面内位置ずれの計測も行われる。基準マーク台８０，８１，８２（不図示）上にはアライメントマークが形成されており、アライメントスコープにより、この基準マーク台上のアライメントマークの位置も計測することにより、基準マーク台に対するウエハの面内位置ずれが露光装置に格納される。
【００９０】
図１７の矢印のように、露光ステーションに送られた後、ウエハチャック８４と一体化された基準マーク台を露光ステーション側に取り付けられた第２のフォーカス検出系８５により、Ｚ方向の位置が計測され、露光ステーションにおいて、Ｚ方向の位置決めが行われる。基準マーク台８０，８１，８２には、フォーカス検出系８５に計測オフセットを発生させるような反射率分布がないため、正確なＺ方向の計測が可能である。また、基準マーク台８０，８１，８２上のアライメントマークの位置を計測、位置決めすることにより面内位置も確定される。レチクル１上のパターンをスキャン露光中には、計測ステーションで計測し、露光装置に格納されたウエハ表面形状を元に、投影レンズ２の最適像面にウエハ３の表面が位置決めされるようにウエハのＺ・チルト制御がなされる。
【００９１】
また、露光装置に格納されたウエハの面内位置情報を元に、露光装置にウエハがアライメントされる。
【００９２】
本実施形態において、全てのウエハの反射率分布計測を行っても良く、ロットの先頭のウエハの反射率分布計測から補正値（オフセットＥ）を求め、その補正値を次のウエハ以降にも使用するようにしても良い。また、露光するショットの全てのショットを計測するのでは無く、第２の実施形態で説明したように、数ショットのサンプルショットを選択し、そのサンプルショットの反射率分布の計測、オフセット量Ｅの算出を行い、サンプルショット間で、ショット内の計測ポイント毎に平均値を求めて、そのオフセット量各ショットの計測値の補正に用いるようにしても良い。
【００９３】
本実施形態のように、ウエハの反射率分布を強度だけで無く、位相情報の分布も計測することにより、より高精度な補正精度が得られるという特別な効果が得られる。
【００９４】
なお、複数の実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明においては、各々の実施形態の要素を組み合わせても同様の効果が得られることは当業者なら容易に想像できる範囲なので詳細な説明は省略している。
［デバイス製造方法］
次に、本実施形態の露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図１９は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップＳ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップＳ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。
【００９５】
一方、ステップＳ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップＳ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップＳ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップＳ５によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップＳ６（検査）ではステップＳ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップＳ７でこれを出荷する。
【００９６】
上記ステップＳ４のウエハプロセスは以下のステップを有する（図２０）。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の概念を説明するブロック図である。
【図２】本発明に係る第１の実施形態であるフォーカス計測系の構成を説明する図である。
【図３】本発明に係る実施形態である露光装置を説明する図である。
【図４】本発明に係る第１の実施形態で使用するフォーカス計測マークを説明する図である。
【図５】本発明に係る第１の実施形態であるフォーカス信号を説明する図である。
【図６】本発明に係る第１の実施形態のウエハ反射率分布計測系の構成を示す図である。
【図７】本発明に係る第１の実施形態のウエハ反射率分布計測系の計測結果とフォーカス計測系の計測ポイントの関係を示す図である。
【図８】本発明に係る第１の実施形態のウエハ反射率のコントラストの定義を示す図である。
【図９】反射率コントラストと面位置計測値のオフセット量の関係を示す図である。
【図１０】反射率コントラストと面位置計測位置に対する面位置計測値のオフセット量の関係を示す図である。
【図１１】面位置検出系のショット内の計測ポイントの一例を示す図である。
【図１２】本発明に係る第２の実施形態のウエハ反射率分布計測系および面位置検出系の構成を示す図である。
【図１３】本発明に係る第２の実施形態の波長選択素子の透過光スペクトルを示す図である。
【図１４】本発明に係る第２の実施形態の露光シーケンスを説明する図である。
【図１５】本発明に係る第３の実施形態の面位置検出系とウエハ反射率分布計測系の配置を示す図である。
【図１６】本発明に係る第３の実施形態のウエハ反射率分布計測系の構成を示す図である。
【図１７】本発明に係る第３の実施形態の露光装置の構成を示す図である。
【図１８】従来の反射率ムラのある場合の信号補正方法を示す図である。
【図１９】微小デバイスの製造フローを説明する図である。
【図２０】ウエハプロセスを説明する図である。
【符号の説明】
【００９８】
１  レチクル
２  投影レンズ
３  ウエハ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３  光源
１７，１８  ミラー
１５  パターン板
１６，１９，２６，２９，６２，６５−６８  レンズ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３  受光器
２３  光分波手段
２４  信号処理演算器
３１  フォーカス・チルト計測系用照明系
３２  フォーカス・チルト計測系用検出系
３３  フォーカス・チルト計測系
３４  レチクルフォーカス・チルト計測系用照明系
３５  レチクルフォーカス・チルト計測系用検出系
３６  レチクルフォーカス・チルト計測系
３７  ウエハ反射率分布計測系用照明系
３８  ウエハ反射率分布計測系検出系
３９  ウエハ反射率分布計測系
４０，４１、７４，７６  ハーフミラー
５０  露光スリット
５１  露光ショット領域
６３  波長選択素子
６４  デジタルミラーデバイス
７３  可干渉光源
７５  ミラー
７７  ＣＣＤカメラ
８０−８２  基準マーク台
８４  ウエハチャック
８５  フォーカス検出系
１０１  干渉計
４００  フォーカス信号処理系
４０１  レチクルフォーカス信号処理系
４０２  ウエハ反射率処理系
８００  露光用レーザー光源
８０１  投影露光用照明光学系
１０００  ステージ駆動系
１１００  制御系
ＲＳ  レチクルステージ
ＷＳ  ウエハステージ
ＷＳ１  露光ステーション用ウエハステージ
ＷＳ２  計測ステーション用ウエハステージ
【図１】
2006269669.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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